JPH09508476A

JPH09508476A - Laser lighting display system

Info

Publication number: JPH09508476A
Application number: JP7520082A
Authority: JP
Inventors: ワールツ，ロバート・ジー; シフレス，ドナルド・アール; ウェルチ，デイビッド・エフ; ラング，ロバート・ジェイ
Original assignee: エス・ディー・エル・インコーポレイテッド
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1997-08-26
Also published as: EP0742940A1; WO1995020811A1; EP0742940A4

Abstract

(57)【要約】液晶ディスプレイまたはマイクロミラーアレイ等の空間変調ディスプレイパネル（１１、１３、１５）の画素をレーザで走査なしに照らすディスプレイシステムを開示する。赤色、緑色、および青色の光を生成するレーザダイオード系光源（８１、８３、８５）等の各々異なる波長の、少なくとも３つの光源を使用し、そのうち少なくとも１つがレーザである。レーザを連続的に早いパルスにしてディスプレイ画素のすべてを時間多重的に照らしてもよいし、連続的（ｃｗ）モードで動作させてもよく、ディスプレイ上に配されたカラーフィルタや位相プレート（１４７）またはマイクロレンズアレイを用いて指定された画素に対してのみ各色の光のスポット（１４８）を結像させる。２組のレーザ光源（１２３）は直角直線偏光されるか、またはわずかに波長が異っており、３Ｄ画像を製作するのに使用できる。各レーザ光源は各目にディスプレイパネルを１つでもよいし、同じディスプレイパネル（１２５）を用いてこの２組のレーザ光源を時間多重化してもよい。見る人は各目の前に偏光フィルタまたはバンドパスフィルタを備えて両眼像を分離する。レーザ光源（８１、８３、８５、８７）の光ファイバ結合（９９）を利用してこれらの光源およびその電源をディスプレイパネル（１１５）から物理的に分離することができる。 (57) [Summary] A display system for illuminating pixels of a spatially modulated display panel (11, 13, 15) such as a liquid crystal display or a micromirror array with a laser without scanning is disclosed. At least three light sources of different wavelengths are used, such as laser diode based light sources (81, 83, 85) that generate red, green and blue light, at least one of which is a laser. The laser may be pulsed in rapid succession to illuminate all of the display pixels in a time-multiplexed manner or may be operated in continuous (cw) mode, with color filters or phase plates (147) disposed on the display. ) Or a microlens array is used to form a spot (148) of light of each color only on the designated pixel. The two sets of laser light sources (123) are orthogonally linearly polarized or have slightly different wavelengths and can be used to produce 3D images. Each laser source may have one display panel for each eye, or the two sets of laser sources may be time multiplexed using the same display panel (125). The viewer has a polarization filter or bandpass filter in front of each eye to separate the binocular images. The fiber optic coupling (99) of the laser light sources (81, 83, 85, 87) can be utilized to physically separate these light sources and their power supply from the display panel (115).

Description

【発明の詳細な説明】レーザ照明ディスプレイシステム技術の分野本発明は、液晶ディスプレイパネルまたはマイクロアレイディスプレイパネル等の光空間変調器を含む光学系に関し、かつ特にこれらパネルを効率的に照らす技術に関する。背景技術液晶材料または変形可能なマイクロミラーを用いる空間光変調器は、携帯型またはノートブック型コンピュータのフラットパネルディスプレイに応用されており、また頭部に装着するディスプレイバーチャルリアリティシステム、高品位投写テレビシステムおよびデジタル動画劇場映写システムにおける使用が真剣に模索されている。モノクロおよびカラーの液晶ディスプレイパネルは商業ベースで入手が可能であり、アクティブマトリックスや他の技術による改良が現在進められている。ケネス・ワーナー（Kenneth Warner）によるディスプレイ技術の現状と開発努力の状況についての概説が「フラットパネルの未来」と題してIEEE Spe ctrum ，１９９３年１１月号１８頁から２６頁に掲載されている。これらシステムでは、基本的な照明はデフューザと直線偏光子とを介して液晶ディスプレイパネルに光を送る蛍光ランプによるものである。カラーディスプレイについては、パネルがディスプレイ画素に対応する赤色、緑色および青色のフィルタを備える。蛍光ランプの電光変換効率は一般に高い（５０％を超える）が、背部や側部に当たった使用されない光を含め、ランプとディスプレイパネルとの間でかなりの光の損失が生じ、偏光損失は少なくとも５０％であり、またカラーフィルタでは広いスペクトルの蛍光ランプの使用されない波長の損失が生じるので、全体的な効率は大変低いものとなる。さらに制御および画素駆動電子工学装置などの画素と画素の間の領域も照らされることから損失が生じる。後向きに伝搬する光を再び前に向ける反射光学集光システムを利用すれば照明光学装置はさらに複雑なものとなり、また開発中の、現状でも既に扱いにくい頭部装着システムはより重いものとなってしまう。テキサス・インストロメンツ・インク（Texas Instruments Inc.）から現在入手可能なもう１つのディスプレイ技術としてデジタルマイクロミラー装置がある。この装置は制御電子工学素子で２方向のいずれにでも配向することができる変形可能なシリコンマイクロミラーを使用する。個々のミラーの傾斜に応じて、マイクロミラーを照らす光は映写レンズを通ってビュースクリーンに反射するかまたは映写レンズのアパチャを外れて止められるかのいずれかである。カラーシステムでは光路に挿入されシステムの電子工学素子と同期する回転カラーホイールを使用する。ジャック・ヤンス（JacK Younse）によるこのマイクロミラー技術に関する概説が「チップ上のミラー」と題してIEEE S pectrum １９９３年１１月号２７頁から３１頁に掲載されている。ここでも照明システムは広いスペクトルの光源と、カラーホイールと、映写レンズを備え、光源とディスプレイとの間に光の損失が生じる。ただし、このディスプレイは偏光には反応しないので、偏光による損失はなくなる。他に、カシワハラ（Kashiwahara et al.）の米国特許第５，１６４，７１５号に記載されるような、各画素の背後に赤色および緑色のＬＥＤを配しかつ青色を発する蛍光ランプで青色画素のすべてを照らす照明方法のディスプレイシステムもある。走査レーザビームによってディスプレイ画素を連続的に照らす方法がヤン（Yang）の米国特許第４，９７８，２０２号、ラング他（Lang et al．）の米国特許第５，０１８，００７号に記載されている。後者の特許の場合、横方向に光を発するような処理がされた光ファイバケーブルのシートをディスプレイスクリーン上に置き、走査レーザがこの光ファイバに対し順次光を発して画素列を次々に照らす。この連続的照射に同期して列ごとに液晶シャッタが活性化される。本発明の目的は、空間変調器パネルを効率的に照らすディスプレイシステムを提供することである。発明の開示上に述べた目的は、液晶またはマイクロミラーアレイパネル等の空間変調ディスプレイパネルにおいて画素を走査なしで照らすレーザを使用するディスプレイシステムによって達成される。少なくとも３つのレーザを用い、それらはレーザダイオード系赤色、緑色および青色光源であることが好ましい。緑色および青色光源または約６００ｎｍを下回る波長の他の光源については、光学的に非線形の調波発生器を用いる周波数２倍レーザダイオードでもよい。これ以外の方法では、アップコンバージョンファイバレーザを用いてもよい。色の制御をよりよくするためには３色を超える数の色を使ってもよい。代替的には、他の照明手段とともに少なくとも１つのレーザ光源を使えば３つのレーザ光源を使用する場合に挙げられる利点のうち少なくともいくつかは得ることができる。いくつかの実施例においては、レーザ光源はすべてディスプレイパネルの同じ画素を照らすが、これら光源による照明は連続的なパルスにされており、ディスプレイの照明動作を素早く時間多重化する。これによってカラーディスプレイにおけるディスプレイ画素の数を３分の１減らすことができる。他の実施例では、異なる色のレーザ光源で、ディスプレイパネル自体の上に配したカラーフィルタを使うかまたは指定された画素上にのみ各色の光のスポットを形成する位相板またはマイクロレンズアレイを使うかのいずれかで、異なる組の画素を照らす。この位相板やマイクロレンズ光学素子を使えば、ディスプレイパネルの画素間の領域を確実に照らさないようにして光の損失を低減することもできる。３次元画像を作り出すためには、２組のレーザ光源で１つまたは２つのディスプレイパネルを照らし、光源を直交方向に直線偏光するかまたはこの２組の光源の間でわずかに波長を変えるかし、見る人は各目の前に偏光フィルタまたはバンドパスフィルタを備えてこの２つの別々に記録された両眼画像を分離する。他の実施例については以下の詳細な説明の項で説明する。先行技術のランプを使う照明法に対してレーザによる照明法が有利なのは、レーザダイオード系光源が小型で軽量であり、かつより単純で軽量な光学素子で集光および分散を行なうことができるビームを生成する点である。また、おそらくランプの方が固有の効率は高いにもかかわらず、レーザダイオード系システムは出力の輝度がより高くまた光源とディスプレイとの間の全体的な光の損失も少ないので全体的な効率が高くなる。このことによって、発生する熱や必要とされる電力量も少なくなるので、より小型で軽量な電池を電源とするディスプレイも可能となる。また、光ファイバ結合を利用することでディスプレイパネルからレーザ光源と電源とを物理的に切離すことができるので、より軽量で扱いやすい頭部装着ディスプレイも可能となる。さらに、各レーザ光源を素早く変調することができるので必要なディスプレイ画素の数が３分の１減り、ディスプレイに係るコストが実質的に低減される。また、レーザ光源は偏光することができるので、液晶ディスプレイ等の偏光に敏感なディスプレイを照らす非偏光の光源に比べて効率が２倍改善される。図面の簡単な説明図１は、本発明の第１のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。図２は、本発明において使用する周波数２倍レーザ光源の上面図であり、かつ図３は図２の線３−３に沿って破断した同レーザ光源の断面図である。図４は、本発明で使用するレーザダイオード光源の斜視図である。図５は、本発明の第２のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。図６は、本発明のレーザ照明ディスプレイシステムにおいて使用する光を分散させるブロックの透視斜視図である。図７は、本発明の３次元ディスプレイシステム用の２組のレーザ照明光源および観察者のアイピースフィルタについて強度およびフィルタの透過性と波長との関係をグラフで示す図である。図８は、本発明の第３のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。図９ａおよび図９ｂは、本発明のファイバ結合マルチレーザ光源と時間多重化マルチレーザ照明ディスプレイシステムのそれぞれ模式図である。図１０ａから図１０ｃは、本発明のディスプレイシステム用のスペックル低減レーザ光源の模式図である。図１１は、この発明の第５のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。図１２ａおよび図１２ｂは、カラーバランスについて３つの光源のパルス変調について、光の強度と時間との関係をグラフで示す図である。図１３は、本発明のシステムにおけるレーザ照明マイクロミラーディスプレイパネルの側面図である。図１４ａおよび図１４ｂは、異なる組のディスプレイ画素に対し多色光源を影射する、本発明の２つのレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。図１５ａは、本発明のディスプレイシステム用の１組の高輝度照明光源についてレーザ光源強度と波長との関係を示すグラフである。図１５ｂは、２つの光源のビームを組合せて１本のより輝度が高いビームにするための光学システムの模式図である。図１６は、本発明のディスプレイシステムとともに使用し、強度プロファイルを変更する二重位相板光学系の模式図である。発明を実施するベストモード図１を参照して、本発明のディスプレイシステムは、液晶またはマイクロミラーマトリックスディスプレイパネル等の１以上の空間光変調器（この実施例では３つ）１１、１３および１５と、波長または色が異なる少なくとも３つのレーザ光源１７、１９および２１を含み、それぞれ赤色、緑色および青色とここでは呼ぶことにする。赤色レーザ光源１７は、典型的には波長が６３０から６５０ｎｍの範囲の光を発する。緑色レーザ光源１９は、典型的には５２０から５４０ｎｍの範囲の波長の光を発する。青色レーザ光源２１は、典型的には４６０から４８０ｎｍの範囲の波長の光を発する。各光源について選択される実際の波長は、高品位テレビ、デジタル動画劇場映写システム、またはバーチャルリアリティ頭部装着ディスプレイ等の特定の応用について適合する波長基準による。図１に示す実施例では、レーザ光源１７、１９および２１は、光透過性ファイバまたはこれらを束にしたもの２３、２５および２７に光学的に結合される。ファイバなしのレーザを用いてもよい。これはディスプレイの効率的な走査のために偏光を維持することが重要な場合などに好ましい。また、レーザの偏光を維持するためにファイバが選択されてもよい。これらのファイバまたはファイバを束にしたもの２３、２５および２７の出力端は順にディスプレイパネルの前面にあるコリメートレンズ２９、３１および３３に光学的に結合される。このようにして、レーザ光源１７、１９および２１は空間光変調器１１、１３および１５を走査なしで照らすことができる。空間光変調器１１、１３および１５を透過した光は一連の２色レフレクタ３５、３７および３９によって結合されて単一のカラー画像を結ぶ。この例では、レフレクタ３５がディスプレイパネル１１を透過した赤色光画像を反射する。レフレクタ３７がディスプレイパネル１３を透過した緑色光画像を反射し、かつレフレクタ３５が反射した赤色光画像も透過させる。レフレクタ３９はレフレクタ３５および３７から受けた赤色および緑色の光画像を両方とも反射し、ディスプレイパネル１５を透過した緑色光画像を透過させる。これ以外の組合せで別個の画像を結合させることも可能である。結合したカラー画像は周知のレンズ映写光学素子４１を介してビュースクリーン４３に映写される。３個以上のレーザ光源を用いて、３つ以上の別個の変調器１１、１３および１５を照らすのではなく、１個の空間光変調器を照らす他のディスプレイシステムの実施例について以下に説明する。図２および図３を参照して、レーザ光源は典型的にはダイオードレーザまたはレーザダイオードアレイである。約６００ｎｍより短い波長の場合には、そういう波長の光を直接的に発することができる現在入手可能なダイオードレーザ、すなわちII−VI化合物半導体レーザたとえばＭｇＺｎＳＳｅダイオードレーザで現在約１００ｍＷを下回る光出力を生成することができる。これは頭部装着ディスプレイ等いくつかの応用については許容範囲だが、たとえばフラットスクリーンテレビやデジタル劇場映写システムを含む他の応用については不十分である。これらの半導体レーザや、未だ実験段階ではあるが、技術開発が進めば、III− Ｖ窒化物化合物半導体レーザの出力は増大することが予想される。しかしながら現時点では周波数２倍ダイオードレーザが緑色および青色波長用に選ばれるレーザ源である。他の青色および緑色光源としてはダイオードレーザ出力の差周波数混合（ＤＦＭ）による周波数変換レーザおよびアップコンバージョンファイバレーザなどが含まれる。周波数２倍画像導波路４７、差周波数混合（ＤＦＭ）メディア、および周波数が変換されたレーザを生成することができる他の光学装置は、当該技術分野ではまとめて光学的に非線形の周波数変換器として知られる。これらの装置は、図２および図３に示す周波数２倍レーザ２１の場合と同様、レーザから発せられた光の波長をシフトさせるのに便利であることが知られている。このような周波数２倍レーザ２１（または１９）には、モノリシックＭＯＰＡアレイ４５に、平らで光学的に非線形の導波路４７を連ね、これらを放熱器サブマウント４９上に装着したものがある。ＭＯＰＡアレイ４５は複数の発光素子を、典型的には１０から２０個を含んでもよく、その各々が単一の空間モードＤＢＲレーザ発振器セクション５１を含み、末広がりになった増幅器セクション５３が続く。コリメートレンズ素子５５は各アンプセクション５３の広い出力端内へ統合される。非線形の導波路４７は好ましくはＭＯＰＡアレイ４５の出力端に当接する。非線形の光学材料４７、たとえばＬｉＮｂＯ₃は周期的にポーリングしてもよく、すなわち周期的に置き換わる強誘電体分極分域を有して、光の基本波長と第２高調波波長の位相を一致またはある程度一致させて、効率的な周波数２倍化を図る。また、ＭＯＰＡアレイのレーザ発振器５１は、好ましくは最高の周波数２倍化効率を得るためＴＭ分極モードで発振するように構成することが好ましい。１素子当り１ワットの出力で９２０ｎｍから９６０ｎｍの光を発する１０個の素子からなるＭＯＰＡアレイは、全青色光出力電力１ワットに対し１素子当り約１００ｍＷの出力で、４６０ｎｍから４８０ｎｍの青色光の周波数が２倍にされた出力を、非線形の導波路４７から生成することができる。同様に、１素子当り１ワットの出力で１０４０ｎｍから１０８０ｎｍの光を発する１０素子のＭＯＰＡアレイは、全出力約１ワットで周波数２倍化を行なった後５２０ｎｍから５４０ｎｍの緑色光を生成することになる。青色または緑色レーザ出力はＭＯＰＡアレイ４５のレーザ素子の数に対応する数の光ファイバ５７のアレイ内へ結合される。好ましくは、この光ファイバ５７は周波数２倍化導波路４７の出力端に当接するかまたはレンズ結合する。ファイバのアレイ５７は溝を付けたファイバトレイ５９に対し整合しやすいように配列してもよく、放熱器６１上でレーザ光源のサブマウント４９が装着されてもよい。光ファイバ５７は丸いファイバの束、典型的には７本のファイバのアレイで、直径４００μｍでかつ０．４ＮＡを下回るファイバの束としてファイバの出力側では再配列されている。ＭＯＰＡアレイ４５への電気入力から、ファイバの束の光パワー出力６３までの全体的電気光学変換効率はワット当り約１５％または３０ルーメンであり、ファイバ出力６３の輝度は１０⁶ルーメン／ｓｒ・ｃｍ²の位である。ＭＯＰＡ周波数２倍アレイにはさまざまな代替的構成が存在する。第１の代替例は単一のＭＯＰＡを共振によって周波数を２倍化するやり方である。共振空洞２倍化の概念についてはAppl．Phys．Lett．５６，２２９１（１９９０年）にコズロフスキー他（Kozlovsky et al.）が詳しく説明している。コリメート用光学素子を備える１ＷＭＯＰＡは現在標準的な商業ベースの製品である。光は共振２倍器に入射する。フィードバックループおよび周波数が調整可能なＭＯＰＡを用いて、最大の可視波長変換効率が得られる共振器周波数にレーザをロックする。第２の代替例は商業ベースで入手が可能なＳＤＬ５４２０レーザ等の単一モードインデックス誘導レーザをある程度位相がマッチした非線形の光学導波路に結合するやり方である。このタイプの導波路周波数２倍器については、バン・デル・ポール（Van der Poel）が、論文５７、２０７４、（１９９０年）に説明しており、またリスク（Risk）がAppl．Phys．Lett．５８、１９（１９９１年）に説明している。これら装置のアレイをある程度位相がマッチした非線形の光学導波路のアレイに結合することもできる。これで可視光出力がレンズのアレイまたは他の光学素子によって少なくとも部分的にコリメートされて、液晶ディスプレイ等の光変調器アレイを均一に照らすことができる。このような装置からの出力は直線偏光されていると考えられる。アレイの各レーザ素子は１ＭＨｚより速い速度で変調することが可能であり、またすべての素子をパルスモードまたはＣＷモードのいずれかで並列に駆動することができる。図４を参照して、赤色レーザ光源は１ワットの全出力に対して素子当り約１００ｍＷの光学パワー出力を有する１０素子位相ロックレーザアレイで構成され得る。代替的には、末広がりの利得領域を備える単一のレーザ素子を使用してもよい。図４に示されるとおり、この単一のレーザ素子は、ＧａＡｓ基板６９上にＩｎＧａＰ活性量子井戸６５とＩｎＧａＡｓＰクラッド層６７を含み得る。この構成は、１つのキャビティレフレクタ７３に、第２のキャビティレフレクタ７７で１００から３００μｍの幅のアパチャで終端となる約長さ１ｍｍから２ｍｍの末広がりの利得セクション７５が続く構成の隣に１から５μｍの幅の単一モードの導波路７１を備えてもよい。このレーザはほとんど単一横モードの６４０ｎｍでおよそ１ワットの光学出力を生成する。これ以外にも高出力で、高輝度の赤色レーザダイオード光源が知られておりそれらを使用することもできる。それらの光源にはマルチモードの高域レーザや単一モードまたはマルチモードレーザのアレイが含まれる。なお、レーザキャビティ内で波長選択損失を有するレーザ光源の多く、たとえば１以上の格子レフレクタを備えるレーザダイオード系光源などは積極的に調整することができる。たとえは、ＭＯＰＡまたはＤＢＲレーザダイオードは、同装置の格子領域における屈折率を、同格子領域において電流を注入するかまたは電荷を空乏化することによって積極的に調整して、ある一定の範囲（典型的には約１０ｎｍであり、しばしば３０ｎｍの場合もある）におけるどのような波長でも発することができるようにする。ダイオードレーザ系光源の波長発射をこのように積極的に調整するやり方を利用してレーザ照明ディスプレイシステムのカラーバランスを調節し最高のカラー画像を得ることができる。また図７を参照して以下に説明する３Ｄ画像を製作するのにも利用できる。図５を参照して、赤色、緑色、青色および選択的に設けられる赤外線レーザ光源８１、８３、８５および８７からの光は光ファイバまたは光ファイバを束にしたもの９１、９３、９５および９７内へそれぞれ結合され、これらファイバは単一のファイバまたは混合されたファイバの束９９にまとめられる。頭部に装着するディスプレイシステムの場合、１色当り０．１ｍＷから１０ｍＷの光出力で十分である。したがってこのレーザ光源は直接的に赤色、緑色および青色の光を発するレーザダイオードか、緑色および青色光については周波数が２倍化されたまたは差周波数混合されたレーザダイオードでよく、もしくはツリウム（赤色、緑色および青色）、エルビウム（緑色）、プラセオジミウム（赤色または青色）およびホルミウム（緑色）をドーピングしたＺＢＬＡＮファイバレーザが考えられる。ファイバまたはファイバの束９９の出力端１００から発せられた光１０１は２色ビームスプリッタ１０３に入射し、２色ビームスプリッタ１０３はレーザ光源８７からの赤外線光を反射し、レーザ光源８１、８３および８５からの可視光を透過する。反射した赤外線光１０５はレンズ１０７によって赤外線検出器１０９に結像される。赤外線光源８７を動作させて電力を供給し電池を充電する場合、検出器１０９の電気出力１１０を利用してディスプレイパネル１１５の電子工学素子１１５に給電することができ、その後電池でディスプレイ電気工学素子回路へ電力を供給する。赤外線光源は、デジタル符号化したディスプレイデータ信号で変調し、電子工学素子をトリガして画素をオンにしたりオフにしたりするようにしてもよい。こうすれば、ディスプレイ領域に入る電気配線をなくすことができると考えられる。レーザ光源８１、８３、８５および８７は、ディスプレイパネル１１５に結合されたファイバであり、頭部装着ディスプレイから離れた位置に置くことができる。２色ビームスプリッタ１０３を透過した可視光１１１は、光学２値拡散スクリーン１１３を通り、ディスプレイパネル１１５を照らす。ディスプレイパネル１１５は液晶またはマイクロミラーディスプレイ等の空間光変調器であり、空間変調された光１１７がディスプレイパネル１１５を透過するかまたはこれに反射されて後現れる。レーザ光源８１、８３および８５は、約２００Ｈｚ以上の速度で、連続してパルス状にされ、各光源がパネル１１５全体を照らす。パネルの電子工学素子は、各レーザパルスの後ディスプレイパネル１１５の画素を変化させて、人間にはフルカラー画像として捉えられる素早く連続する単色画像を作り出す。各レーザの色をこのように連続的なパルスにすることでランプで照らすディスプレイの場合に比べて３倍少ない画素の数で表示することができる。活性マトリックス液晶ディスプレイパネル、特に強誘電液晶材料を使用するものはディスプレイ画素がこのように急速に変化する構成でも応答時間が十分に高速である。これ以外には、可視レーザ光源８１、８３および８５がすべて連続モードで動作し、各画素の背後にカラーフィルタを配するカラーディスプレイパネルを照らすこともできる。２組のレーザ光源で１対のディスプレイパネルを照らして両眼両像を作り出すことができる。これ以外には、図５に示す単一のファイバまたは混合したファイバの束９９を２本のファイバまたは２つのファイバの束に分けて、パネル１１５のようなディスプレイパネルを２つ（１つは左目用でもう１つが右目用）ことができる。図６を参照して、液晶ディスプレイ１２５等のディスプレイパネルをレーザ光源１２３で均一に照らす１つの方法として、透明な材料の、光を導く、並列パイプ型のブロック１２１を使う方法がある。赤色、緑色および青色のレーザ光源１２３のファイバの端部をブロック１２１の裏面に当接させる。この裏面は、ファイバの端部と一致する、光が入ってくる領域を除いてはほとんど１００％に近い反射率を有していることが好ましい。光源１２３からの光はこうして光拡散ブロック１２１に入り、ブロック１２１を経てその前面へ到達する。ブロック１２１が十分な長さであれば、光はこの前面を均一に照らすことになる。この光をディスプレイ１１５上に直接射突させることができ、かつ出口表面１２４を反射防止コーティングしてもよい。好ましくは、前面１２４は約９０％の反射率を有する。これによって光がブロック１２１内で前後に跳ね返って並列パイプのより長い光路が作り出され、これによってブロック１２１を長くしなくてもディスプレイ１１５に射突する均一な光を増大させることができる。また、複数のファイバを介して別々に光分散ブロック１２１の裏面に結合させられる複数のレーザ素子で３つの光源を各々製作してもよい。または各光源からの単一のファイバをファイバスプリッタを使って複数のファイバに分割して、光が複数の領域でブロック１２１に入ることができるようにし、より短い距離で均一な照明を行なうことができるようにしてもよい。長方形のブロック１２１の平行な側壁および鋭い角によってレーザ光源１２３の必要な直線偏光が保持され、照明液晶ディスプレイパネル１２５によるより効率的な光の利用が図られる。つまり、液晶ディスプレイでは偏光されない光の５０％が失われる。したがって、適切なＬＣディスプレイ偏光と一致する直線偏光されたレーザビームによって、照明光のおよそ１００％がディスプレイスクリーン上で可視状態になる。直線偏光されたレーザ照明の他の用途には、３Ｄディスプレイの製作への利用がある。このディスプレイは２組の直線偏光されたレーザ光源（１組は直線偏光された赤色、緑色および青色の光源で、もう１組は直角偏光された赤色、緑色および青色の光源）を使用して製作され、各色が縦横両方に偏光されたレーザ光源を有する。これらの光源を、たとえばテキサス・インストロメンツ製作の変形可能なシリコン系レフレクタアレイ等のマイクロミラーマトリックスディスプレイパネルなどの偏光に反応しない空間光変調器とともに使用する。画像は、１組の直角直線偏光された眼鏡を介して見る。レーザ光源を少なくとも３６０Ｈｚの速度で連続的にパルス状にし、各色および偏光を少なくとも６０Ｈｚのサイクル速度でリフレッシュするようにし、各パルスのデューティファクタを６分の１にしかつパルス長を２．８ｍｓｅｃ以下にする。典型的な照明の順序は、横方向に偏光された赤色、横方向に偏光された緑色、横方向に偏光された青色、縦に偏光された赤色、縦に偏光された緑色、縦に偏光された青色等の順であり、または横方向に偏光された赤色、縦方向に偏光された赤色、横方向に偏光された緑色、縦方向に偏光された緑色、横方向に偏光された青色、縦方向に偏光された青色等といった順序でもよい。順序はこれ以外でも可能である。空間変調器は各パルスごとに再構成される。これは、観察眼鏡の一方のアイピースは横方向に偏光されておりかつ他方は縦方向に偏光されているので、片方の目は特定の偏光による光しか受けず、またパルス繰返し速度が速いため、単色画像を素早く続けたものが見る人にはカラー画像として捉えられるので、わずかに異なる色のシーンを各々の目に送ることができるからである。別々のデジタルカラーを有することによって、カメラはまるで人の目と目が離れているのと同様に離れた位置と角度から画像を記録し、このデータを空間変調器に送って直線偏光されたレーザ光源の各組によって照らすことによって、このシーンの真の３次元画像を見ることができる。図７を参照して、３次元画像を得るもう１つの方法は第１の方法に類似しているが、先程の直線偏光されたレーザ光源の組は２組のわずかに異なる波長で動作するレーザに置換えられている。偏光眼鏡は異なる波長の帯域を有するフィルタに置換えられている。図７ａおよび７ｃは、この２組のレーザ光源についてレーザ出力を強度Ｉと波長λの関係から示す図である。１組の光源（図７ａ）が強度スパイク１３１、１３３および１３５で表わす、４４０ｎｍ（青色）、５２０ｎｍ（緑色）および６３０ｎｍ（赤色）の光を生成する。もう１組の光源（図７ｃ）は、強度スパイク１３７、１３９および１４１で表わす、わずかに長い波長の４７０ｎｍ（青色）、５４０ｎｍ（緑色）および６５０ｎｍ（赤色）の光を生成する。これ以外には、１組の波長を調整することができるレーザ光源を時間多重化の形で積極的に調整して２組の発光波長を生成してもよい。図７ｂおよび７ｄは観察眼鏡の２つのアイピースについて、フィルタ帯域を透過率Ｔ対波長λの関係から示す図である。一方のアイピース（図７ｂ）は透過率包絡線１３２、１３４および１３６で表わす帯域波長を有し、これは第１の組のレーザ光源の４４０ｎｍ，５２０ｎｍおよび６３０ｎｍという強度スパイクと一致し、一般に他の組の光源からの波長の透過をブロックする。もう一方のアイピース（図７ｄ）は透過率包絡線１３８、１４０および１４２で表わす帯域波長を有し、これは第２の組のレーザ光源の４７０ｎｍ，５４０ｎｍおよび６５０ｎｍという強度スパイクに一致しており、かつ一般に、第１の組の光源の波長の透過をブロックする。各色について空間変調器構成を制御するのに使用するイメージデータを記録するカメラも、観察した画像ができるだけ色に忠実になるように、図７ｂおよび７ｄと一致する透過率帯域の光波長フィルタを備えている必要がある。必要な特徴を備えたフィルタは色付ガラスで製作するかまたは干渉技術を利用して製作することができる。３Ｄ画像化の第３の方法は波長フィルタ処理および直線偏光フィルタ処理を利用する方法である。この方法は、特定のレーザ光源が簡単に直線偏光されないかもしくは特定の波長のレーザまたはフィルタを費用効率的なやり方で製作できないような場合に必要となるかもしれない。図８を参照して、もう１つの実施例では、単一の空間モードレーザ１４３が光１４４を発し、この光がレンズ１４５により集光されかつコリメートされる。この光１４４は第１の位相板１４７を照らす。位相板１４７は同位相板を透過した光がある距離を伝搬した後周期的な２次元の光のスポットのアレイ１４８を構成するような干渉を起こすような構成である。光のスポット１４８の間隔と周期的なマッチングを行なう空間変調器１４９は光のスポットのアレイ１４８の位置に置かれる。典型的には、液晶アレイ等の空間光変調器は、光が透過されない画素１５０間の広い領域が駆動電子工学素子によって占められている。液晶ディスプレイパネルをコリメートしたビームで直接的に照らす場合には、画素間の領域に当たる光の部分は無駄になる。この実施例では、光の全部または大部分が位相板１４７により凝縮されて画素領域上のスポット１４８になり、この光のスポット１４８は全部がディスプレイ素子１５０を透過する。選択肢として、第２の位相プレート１５１を配して、液晶アレイ１４９を透過した光を単一のコリメートされたビームに再構成してもよい。映写用光学装置１５２で光をビュースクリーン上に結像する。図９ａおよび図９ｂを参照して、複数のレーザ光源を使用してもよい。図９ａでは、Ｎ個のレーザ光源１５５−１５７がいくつかの光ファイバ１５８−１６０に結合されている。これらファイバの出力端１６１では、ファイバはマトリックス状かまたは他の束ねる構成に配されて、単一の高出力ビームを生成する。この構成が有利なのは、レーザ光源の数を決めて必要な光出力を得るだけで、類似するレーザ光源を頭部装着ディスプレイや家庭用テレビ映写システム等の比較的低出力の応用や、劇場での映写システム等の比較的高出力の応用にも使用することができる点である。なお、ファイバを用いない複数のレーザ光源を用いてもよい。これらの光源は直線偏光を維持しながら均一なディスプレイ照明を行なうためレンズにしてもよい。図９ｂでは、複数のレーザ光源を時間多重化して出力要件を低減しかつ空間変調ディスプレイパネルの制御を簡略化している。この例では、４つのレーザ光源（ファイバ結合を含む）１６３−１６６を配してディスプレイパネル１６８のさまざまな部分１６９−１７２を照らす。レンズ１６７はレーザ光をディスプレイ１６８上に結像する。異なる間隔でレーザ１６３−１６８の各々を連続的にパルスにすることによって、各回ディスプレイパネル１６８の４分の１だけが照らされる。したがって、パネル１６８の４分の１のみを各回処理するだけでよい。複数の空間的にインコヒーレントなレーザエミッタの使用と他の技術を組合せてスペックルを減らすことができる。スペックルはレーザ光のコヒーレンスに関連する効果で、このスペックルによって画像に望ましくない粒子の粗い部分が現れる。図９ａの複数のレーザを使用する実施例では、光ファイバ出力１６１からの光がすべて相互にインコヒーレントになっている。レーザ光源１５５−１５７の各々はそれ自体のスペックルパターンを生成しており、画像全体におけるスペックルは、複数のスペックルパターンが相互に平均化しあう形で低減されることになる。図１０ａにおいて、レーザ光源からの光１７５は、圧電結晶または小型ラウドスピーカ型磁気トランスデューサ等の振動機械トランスデューサ１７７周りにきつく巻いたマルチモード光ファイバ１７６内へ入射する。振動トランスデューサ１７７は、マルチモードファイバ１７６に圧力を与えてファイバ１７６の中を伝搬する光１７５の光モードをスクランブルさせる。こうするとファイバの出力１７８でスペックルパターンの滲みが生じる。振動速度はディスプレイのフレーム速度よりかなり速くすることが好ましい。スペックルパターンは人の目および視覚皮質が反応するよりも早く変化するので、平均化することができる。図１０ｂでは、単一の空間モードレーザ１８０からの光１８１が、出力１８３で束ねられるファイバのアレイ１８２内へ結合される。この束ねられたファイバ１８２の各々が異なる位置でディスプレイパネルを照らしかつビュースクリーン上に形成される画像にさまざまなスペックルパターンを生じさせる。さまざまなスペックルパターンを平均化することで目で見える画像における全体的なスペックルを減らすことになる。同様に図１０ｂにおいて、束の中のファイバ１８２の長さが異なっていれば、ファイバ１８２の長さの差はレーザ光源１８０からの光１８１のコヒーレンス長よりも長いので、単一の光源１８０がファイバ１８２の入力部を空間的にコヒーレントなビーム１８１で照らしたとしても、ファイバの束の出力部１８３の光はもはや空間的にコヒーレントなものではなくなる。束の中の各ファイバ１８２は異なるスペックルパターンの光を発し、ディスプレイ画像のなかの全体的なスペックルはこの異なるスペックルパターンを平均化することによって低減されることになる。図１０ｃを参照して、各々波長がわずかに異なる複数のレーザ光源１８５がファイバの束１８９にまとめられている複数の光ファイバ１８７内へ結合される。これによって各原色について、全体的スペクトルがいずれのレーザ光源１８５のスペクトルに対しても広くなっている出力ビーム１９０が得られる。スペクトルの幅がこのように広くなると光１９０についてのコヒーレンス長が縮小し、したがって光源のコヒーレンスに依存するスペックルは最終的なディスプレイ画像において低減される。光１９０のスペクトル幅が広くなればなるほど発生するスペックルが減るのは、光がコヒーレントな干渉を起こさなくなるからである。一般に図１０ｃに示す複数の光源による方法ほどには広くないにしても、より広いスペクトルを生成するもう１つの方法はレーザダイオードからの出力をパルス状にすることである。レーザをパルス状にすることによってレーザダイオードから複数の波長が発せられ、スペックルが低減される。この効果はパルスにされた光を、比較的高い分散のガラス導波路内へ結合することによってより強化される。これによってわずかに異なる波長の光がわずかに異なる光路長を有することになる。導波路が長くかつ分散が大きければ大きいほど、光路長はより変化し、生じるスペックルは減少する。光が壁とミラーとの間の複数の光路を通る、図６に示す並列パイプ型等の導波路でもスペックルはかなり低減される。図１１を参照して、レーザ光源１９１は、単一または複数空間モードのいずれかの光である光１９２を発し、この光がレンズ１９３によってセミコリメートされる。コリメートされた光１９４はマイクロレンズアレイ１９５を介して液晶アレイ１９６を照らす。レンズアレイ１９５を設けた目的は、アレイ１９６内の液晶画素間の領域に入射し吸収されてしまう光の量を減らすことによって、光１９４の液晶アレイ１９６の透過を改善することにある。この目的のため、マイクロレンズアレイ１９５は、液晶アレイの画素の周期性と一致する周期的間隔のマイクロレンズ素子を有する。各レンズ素子はおよそ焦点距離の間隔で１つの液晶画素の前に置かれる。最も発散度の高い横方向のディメンジョンにおいてレンズ１９３で少なくとも部分的にコリメートされた光１９４を使用することでマイクロレンズアレイ１９５の開口数の要件がかなり減じられ、マイクロレンズの集光効率が改善される。第１のレンズアレイ１９５に実質的にマッチする第２のレンズアレイ１９７を液晶アレイ１９６の出力側に置いて、透過した光を再コリメートする。異なる波長の複数レーザ光源を、２色ミラーを使用することによってコリメートされたビーム領域１９４で簡単に組合せることができ、したがって連続するレーザパルスを利用する場合には１つのディスプレイ１９６のみが必要となる。図１２ａおよび図１２ｂを参照して、各レーザ光源を時間多重化することによって２方向のうちいずれかにカラーディスプレイ画像におけるカラーバランスを調節することができる。図１２ａでは、赤色、緑色および青色光源の各パルスのピーク出力または強度を変更してさまざまな光源の輝度における違いやさまざまな波長に対する人間の目の感度の違いを補償することができる。ここでは、赤色光源のパルス２０１の出力が最大で、緑色光源のパルス２０２はより出力が小さく、最も出力が低いのは青色光源のパルス２０３である。これらの出力レベルを必要に応じて調整し希望するカラーバランスを得ることができる。これ以外では、図１２ｂで、光の各波長または色についてパルス長ｔ₁、ｔ₂またはｔ₃がカラーバランスを得るために調節される。ここでは、たとえば緑色パルス２０５は、赤色または青色パルス２０４および２０６よりも長いパルス長ｔ₂を与えられている。３色すべてについての全体的組合せ繰返し速度はフリッカを避けるために６０Ｈｚ以上にされるが、デューティファクタを増減させて各々の色に、パルスについて多少相対的な持続時間を設定する。カラーバランス調整は１以上の波長を積極的に調整することによっても行なうことができる。この波長の調整は図１２に記載されるピーク出力またはパルス幅の調整と組合せてもよい。図１３を参照して、複数のレーザ光源からの入来のコリメートされた光ビーム２１０は、偏向マイクロミラー型空間光変調器２０９を照らす。この空間光変調器２０９はテキサス・インストロメンツから入手可能で、基板上に変形可能なシリコンマイクロミラー２１１−２１５などが形成されている。各マイクロミラーは、１つの画素を表わし、変形させたりそのままにしておいたりすることができる（あるいは代替的にはさまざまな方向に偏向させる）。典型的な偏向角度は約１０℃である。レーザ光源からの光２１０はミラーアレイ２０９から反射され、偏向の角度は各ミラー２１１−２１５等の配向に依存する。ミラー２１１、２１３および２１５により表わされるある偏向位置では、ミラーで反射した光２１６が映写レンズ２１７を透過する。ミラー２１２および２１４で表わす他の偏向位置では、ミラーで反射した光２１８が映写レンズ２１７を外れ失われる。インコヒーレントな光源ではなく、コリメートされたビーム２１０を生成するレーザ光源を使用することで、入射光２１０の角度がよりよく規定され、かつ反射された光２１６および２１８の映写または損失に必要なミラー２１１−２１５等の角度の変化を少なくできる。さらに、システムのコントラストが改善される。さらに、映写レンズ２１７の前に狭い空間フィルタを使用してさらにレーザビーム２１６の高い方向性を利用することもできる。図１４ａおよび図１４ｂを参照して、位相板を使用し、ディスプレイパネルの指定された画素上に赤色、緑色および青色の光のスポットを置けば、ディスプレイパネル自体の上に個別のカラーフィルタのアレイを設けることなくカラー画像を生成することができる。図１４ａ（説明をわかりやすくするため２種類の色についてのみ図示する）では、レーザダイオード結合ファイバまたはファイバの束の出力端等の赤色および青色レーザ光源２２１および２２２がコリメートレンズ２２３に光を与える。光源２２１および２２２はレンズ２２３の光軸に対して異なる位置に置かれているので、レンズ２２３はコリメートされたビーム２２４および２２５を各色について異なるビーム方向で作り出す。コリメートされたビーム２２４および２２５は位相板２２６に当たる。光スポット２２７の列が位相板２２６により作り出され、赤色および青色スポットは周期性は同じだが空間的には相互に分離されている。各光のスポット２２７は液晶アレイ２２８の１つの素子によって変調される。液晶アレイ２２８の出力側の第２の位相板２２９はアレイ２２８を透過した光を再びコリメートしてカラー画像を結ぶ。図１４ｂでは、位相板２２６および２２９をレンズアレイ２３５および２３６で置換えている。光源２３１および２３２からくる光はコリメートされたビームとして異なる方向に向けられる。異なる角度でレンズアレイ２３５に入射する光はレンズ素子によってディスプレイパネル２３４の異なる画素に対し焦点を合わされる。ディスプレイパネル素子を透過した光はレンズアレイ２３６によりカラー画像として再びコリメートされる。図１５ａおよび図１５ｂを参照して、レーザ系光源からの出力は、さまざまな個々のレーザからの光を組合せることによって増大させることができる。典型的には、そのようなさまざまな光源が、組合された光源の全体的な開口数を増大させるのである。したがって、組合された光源の輝度は、レーザビームの数が増えても一定のままである。ただし、わずかに異なる波長のレーザ光源からの光を組合せることによって、組合されたビームの強度を個々のビームのレベルより高くすることができる。図１５ｂでは、第１の波長λ₁の光が２色フィルタ２４６によって第２の波長 λ₂の光と組合される。青色２４１、緑色２４３および赤色２４５の色の組の各々について４つの光源を組合せることにより生じるスペクトルについて図１５ａに示す。図１６を参照して、典型的なレーザビーム２５１の強度プロファイル２５３は典型的なディスプレイスクリーンのサイズに最適に一致するわけではない。レーザビーム２５１は典型的にはあるアスペクト比を有するガウス型強度分布２５３を有する。一方ディスプレイは長方形で、均一な照明が必要である。レーザからの光でディスプレイを一杯にすることによって、レーザビームの中心のより均一な部分を使用することができる。ただし、この方法によるとビームの均一でない端縁部分を切り捨ててしまうので損失は大きくなる。図１６では、ディスプレイのサイズに一致する均一な光の強度分布２５６を作り出すため、２つの位相板２５２および２５４を使用する。レーザからの光２５１は分散し、この２つの位相板２５２および２５４によってコリメートされてその強度分布を入力ビーム２５１のガウス型プロファイル２５３から出力ビーム２５５の均一な分布２５６に変えるこの方法は、液晶ディスプレイの前面に多くの光のスポットを作り出すために使用した図８の位相板と組合せて使用することもできる。この場合、光のスポットのすべてが均一な強度を有することになる。Detailed Description of the Invention Laser lighting display system Field of technology The present invention is a liquid crystal display panel or a microarray display panel. Optical systems including spatial light modulators, etc., and especially for efficiently illuminating these panels Regarding technology. Background technology Spatial light modulators using liquid crystal materials or deformable micromirrors are portable or It is also used in flat panel displays for notebook computers. In addition, the display virtual reality system to be worn on the head, high-definition Seriously imitated for use in cinema television systems and digital movie theater projection systems Is being searched. Monochrome and color LCD display panels on a commercial basis Is available and is currently being refined by Active Matrix and other technologies. Have been. Current State of Display Technology by Kenneth Warner And an overview of development efforts is entitled "Flat Panel Future"IEEE Spe ctrum , November 1993, pages 18-26. These systems In the system, the basic illumination is via a diffuser and a linear This is due to the fluorescent lamp that sends light to the flannel. For color displays, The panel has red, green and blue filters corresponding to the display pixels . Lightning transformation of fluorescent lamp Conversion efficiency is generally high (greater than 50%), but not used against the back or sides There is a significant loss of light between the lamp and the display panel, including light, and polarization The loss is at least 50% and the color filter has a broad spectrum of fluorescence. Overall efficiency is very low due to the loss of unused wavelength in the lamp. Become. It also illuminates areas between pixels, such as control and pixel drive electronics. Loss is caused by being exposed. Illuminates using a catoptric system that redirects light propagating backwards to the front Optical devices are becoming more complex, and the heads of the developing and already cumbersome The part mounting system becomes heavier. Currently entered from Texas Instruments Inc. Another handy display technology is the digital micromirror device. . This device is a control electronics element that can be oriented in either of two directions. Uses a formable silicon micromirror. Depending on the tilt of the individual mirrors, The light that illuminates the black mirror passes through the projection lens and is reflected by the view screen. Or, it can be stopped by leaving the aperture of the projection lens. Color cis System, a rotating color wheel that is inserted into the optical path and synchronized with the electronics of the system To use. This micromirror technology by JacK Younse For an overview titled "Mirror On Chip"IEEE S pectrum It is published on pages 27 to 31 of the November 1993 issue. Lighting here too The system includes a wide spectrum light source, a color wheel, and a projection lens There is a loss of light between the source and the display. However, this display is polarized Since it does not respond to, there is no loss due to polarized light. In addition, US Pat. No. 5,164,715 to Kashiwahara et al. Place red and green LEDs behind each pixel and Display system of lighting method that illuminates all of the blue pixels with a fluorescent lamp that emits light There is also. There is a way to illuminate the display pixels continuously with a scanning laser beam. U.S. Pat. No. 4,978,202 to Yang, and rice from Lang et al. It is described in Japanese Patent No. 5,018,007. In the case of the latter patent, A sheet of optical fiber cable that has been treated to emit light is It is placed on the lean and the scanning laser emits light sequentially to this optical fiber to move the pixel row to the next. Illuminate each. The liquid crystal shutters are activated row by row in synchronization with this continuous irradiation. It is an object of the present invention to provide a display system that efficiently illuminates a spatial modulator panel. Is to provide. Disclosure of the invention The above mentioned purposes are for spatial modulation displays such as liquid crystal or micromirror array panels. Display using a laser to illuminate pixels in a spray panel without scanning By the system Is achieved. Use at least three lasers, which are laser diode systems Red, green and blue light sources are preferred. Green and blue light sources or about For other light sources below 600 nm, use an optically nonlinear harmonic generator. The frequency doubled laser diode used may be used. Otherwise, the upcon A version fiber laser may be used. 3 for better color control More than the number of colors may be used. Alternatively, three using at least one laser source with other lighting means Get at least some of the benefits of using other laser sources be able to. In some embodiments, the laser light sources are all the same on the display panel. Illuminates the pixels, but the illumination from these sources is pulsed continuously, The lighting operation of play is time-multiplexed quickly. This gives a color display The number of display pixels in the display can be reduced by a third. In another embodiment, Color filters placed above the display panel itself with different colored laser sources Or a phase plate that forms a spot of light of each color only on a specified pixel. Either use a microlens array or illuminate a different set of pixels. This If you use a phase plate or microlens optical element of It is also possible to reduce the loss of light by ensuring that the area is not illuminated. 3D image In order to create Illuminate one or two display panels with a laser light source and direct the light sources in the orthogonal direction. Either linearly polarized or slightly tuned between the two sources, A polarizing filter or bandpass filter is placed in front of each eye to record the two separately. The recorded binocular images are separated. Other examples are described in the detailed description section below. I will tell. The advantage of laser-based illumination over prior art lamp-based illumination is that Laser diode light source is compact and lightweight, and is a simple and lightweight optical element. The point of producing a beam capable of performing light and dispersion. Also probably Despite the higher efficiency inherent in lamps, laser diode-based systems Higher output brightness and less overall light loss between the light source and the display Therefore, the overall efficiency is high. This allows the heat generated and required Since it consumes less power, it is possible to use a display powered by a smaller and lighter battery. It works. Also, by using optical fiber coupling, the display panel can be The light source can be physically separated from the power source, so the head is lighter and easier to handle Wearable display is also possible. In addition, each laser source can be quickly modulated. Since the number of display pixels required is reduced by one-third, The strike is substantially reduced. Also, since the laser light source can be polarized, Are more effective than non-polarized light sources that illuminate polarization-sensitive displays such as crystal displays. rate Is doubled. Brief description of the drawings FIG. 1 is a schematic diagram of a first laser illumination display system of the present invention. FIG. 2 is a top view of the frequency doubled laser light source used in the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of the same laser light source taken along the line 3-3 in FIG. FIG. 4 is a perspective view of a laser diode light source used in the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram of a second laser illumination display system of the present invention. FIG. 6 shows the dispersed light used in the laser lighting display system of the present invention. It is a see-through perspective view of a block. FIG. 7 shows two sets of laser illumination sources for the three-dimensional display system of the present invention. And the eyepiece filter of the observer It is a figure which shows a relationship with a graph. FIG. 8 is a schematic diagram of a third laser illumination display system of the present invention. 9a and 9b show a fiber-coupled multi-laser light source of the present invention and time multiplexing. FIG. 3 is a schematic view of a multi-laser illumination display system. 10a to 10c show speckle reduction for the display system of the present invention. It is a schematic diagram of a laser light source. FIG. 11 is a schematic diagram of a fifth laser lighting display system of the present invention. . 12a and 12b show pulse modulation of three light sources for color balance. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the light intensity and time with respect to FIG. FIG. 13 shows a laser-illuminated micromirror display in the system of the present invention. It is a side view of a panel. Figures 14a and 14b show how a multicolored light source is shaded for different sets of display pixels. FIG. 3 is a schematic diagram of two laser-illuminated display systems of the present invention, which illuminate. FIG. 15a shows a set of high intensity illumination light sources for the display system of the present invention. 3 is a graph showing the relationship between laser light source intensity and wavelength. FIG. 15b shows that the beams from two sources are combined into one brighter beam. It is a schematic diagram of the optical system for. FIG. 16 shows the intensity profile for use with the display system of the present invention. It is a schematic diagram of the double phase plate optical system which changes. Best mode for carrying out the invention Referring to FIG. 1, the display system of the present invention includes a liquid crystal or a micromirror. -One or more spatial light modulators, such as matrix display panels (in this embodiment, 3) 11, 13 and 15 and at least 3 different in wavelength or color Laser sources 17, 19 and 21, respectively, for red, green and blue light sources, respectively. I'll call it here. The red laser light source 17 typically has a wavelength of 630 to 6 It emits light in the range of 50 nm. The green laser light source 19 is typically 520-5 It emits light in the wavelength range of 40 nm. The blue laser light source 21 is typically 460 Emits light having a wavelength in the range from to 480 nm. The actual wave selected for each light source The chief is a high-definition television, digital movie theater projection system, or virtual reality By a wavelength reference that is compatible with a particular application, such as a head-mounted display. In the embodiment shown in FIG. 1, the laser light sources 17, 19 and 21 are light transmissive fibres. Optically coupled to bars or bundles 23, 25 and 27 thereof. H A laser without a fiber may be used. This is for efficient scanning of the display It is preferable when it is important to maintain polarization. It also maintains the polarization of the laser The fiber may be selected to do so. Bundle these fibers or fibers The output terminals of the devices 23, 25 and 27 on the front side of the display panel in order. Are optically coupled to collimating lenses 29, 31 and 33. Like this Laser light sources 17, 19 and 21 drive spatial light modulators 11, 13 and 15, respectively. It can be illuminated without inspection. Light transmitted through the spatial light modulators 11, 13 and 15 Are combined into a single color by a series of two-color reflectors 35, 37 and 39. Connect the images. In this example, the reflector 35 displays the red light image transmitted through the display panel 11. reflect. The reflector 37 reflects the green light image transmitted through the display panel 13. The red light image reflected by the reflector 35 is also transmitted. Reflector 39 Reflects both red and green light images received from reflectors 35 and 37 Then, the green light image transmitted through the display panel 15 is transmitted. Other sets It is also possible to combine separate images together. Combined color images are well known It is projected on the view screen 43 via the lens projection optical element 41. 3 or more Of three or more separate modulators 11, 13 and 15 using a laser source of Rather than in other display system embodiments that illuminate a single spatial light modulator, This will be described below. 2 and 3, the laser light source is typically a diode laser or It is a laser diode array. Yes for wavelengths shorter than about 600 nm Currently available diode lasers that can directly emit light of In other words, it is used in II-VI compound semiconductor lasers such as MgZnSSe diode lasers. Light output below 100 mW can be generated. This is a head mounted disc Allowable for some applications such as play, but for example flat screen It is insufficient for other applications, including television and digital theater projection systems. This These semiconductor lasers and, although still in the experimental stage, will become The output of the V-nitride compound semiconductor laser is expected to increase. However Currently, a frequency doubled diode laser is the laser of choice for the green and blue wavelengths. The source. For other blue and green light sources, the difference frequency of the diode laser output Frequency conversion laser and upconversion fiber laser by mixing (DFM) User, etc. are included. Double frequency image waveguide 47, difference frequency mixing (DFM) And other optical devices capable of producing frequency-converted lasers are , Collectively known in the art as an optically non-linear frequency converter. This These devices are similar to the laser for the frequency doubled laser 21 shown in FIGS. It is known to be useful for shifting the wavelength of the light emitted from the. Such a frequency doubled laser 21 (or 19) has a monolithic MOPA A flat and optically nonlinear waveguide 47 is connected to the ray 45, and these are connected to the radiator subma There is one mounted on the und 49. The MOPA array 45 includes a plurality of light emitting elements, It may typically contain 10 to 20 each of which is a single spatial mode DBR. A divergent amplifier section 53 including a laser oscillator section 51 Continue. The collimating lens element 55 is integrated into the wide output end of each amplifier section 53. Are combined. The non-linear waveguide 47 preferably abuts the output end of the MOPA array 45. I do. Non-linear optical material 47, eg LiNbO_ThreePolls periodically Well, ie put periodically It has an alternating ferroelectric polarization domain, and the phase of the fundamental wavelength of light matches the phase of the second harmonic wavelength. Alternatively, they are matched to some extent to achieve efficient frequency doubling. Also, the MOPA array The laser oscillator 51 of b is preferably used for the TM component in order to obtain the highest frequency doubling efficiency. It is preferably configured to oscillate in the polar mode. Output of 1 watt per element MOPA array consisting of 10 elements that emit light from 920nm to 960nm at Is an output of about 100 mW per device for 1 watt of all blue light output power. The wavelength of the blue light in the wavelength range from nm to 480 nm is doubled, and the output is output from the nonlinear waveguide 4 Can be generated from 7. Similarly, with an output of 1 watt per device, 1040n A 10-element MOPA array that emits light from m to 1080 nm has a total output of about 1 w After doubling the frequency, the green light of 520 nm to 540 nm is generated. And The blue or green laser output corresponds to the number of laser elements in the MOPA array 45 A number of optical fibers 57 are coupled into the array. Preferably, this optical fiber 57 Abuts on the output end of the frequency doubling waveguide 47 or is lens-coupled. Phi The array of bars 57 is aligned for easy alignment with the grooved fiber tray 59. Alternatively, the submount 49 of the laser light source may be mounted on the radiator 61. . The optical fiber 57 is a bundle of round fibers, typically an array of 7 fibers, Fiber output side as a bundle of fibers with a diameter of 400 μm and less than 0.4 NA Has been rearranged in You. From the electrical input to the MOPA array 45 to the optical power output 63 of the fiber bundle. The overall electro-optic conversion efficiency at is about 15% or 30 lumens per watt, The brightness of the fiber output 63 is 10⁶Lumen / sr · cm²The place of There are various alternative configurations for MOPA frequency doubling arrays. First alternative An example is how to double the frequency of a single MOPA by resonance. Resonant cavity For the concept of doubling, see Appl. Phys. Lett.56, 2291 (1990) It is described in detail by Zozlovsky et al. Collimation optics The 1 W MOPA with device is currently a standard commercial product. Light is common It is incident on the vibration doubler. Feedback loop and MOPA with adjustable frequency To lock the laser to the cavity frequency for maximum visible wavelength conversion efficiency You. The second alternative is a single module, such as the commercially available SDL5420 laser. A phase-index guided laser into a nonlinear optical waveguide with a certain degree of phase matching It is a way to combine. For this type of waveguide frequency doubler, a band Van der Poel's paper57, 2074, (1990) And the risk is Appl. Phys. Lett.58, 19 (1991) Explaining. A non-linear optical guide with some phase-matching of these device arrays. It can also be coupled to an array of waveguides. Now the visible light output is At least by other optics Partially collimated to evenly illuminate a light modulator array such as a liquid crystal display You can The output from such a device is considered to be linearly polarized. . Each laser element of the array is capable of modulating at speeds faster than 1 MHz, Also drive all devices in parallel in either pulse mode or CW mode be able to. Referring to FIG. 4, the red laser light source has a power of about 10 watts per device for a total output of 1 watt. Can consist of a 10-element phase-locked laser array with 0 mW optical power output You. Alternatively, a single laser element with a divergent gain region may be used. Yes. As shown in FIG. 4, this single laser element is formed on the GaAs substrate 69. It may include an nGaP active quantum well 65 and an InGaAsP cladding layer 67. This structure One cavity reflector 73 and a second cavity reflector 77 Ends with an aperture with a width of 100 to 300 μm and a length of about 1 mm to 2 mm Next to the configuration followed by a divergent gain section 75 is a single mode of 1 to 5 μm width. The waveguide 71 may be provided. This laser is almost single transverse mode at 640 nm It produces an optical power of approximately 1 watt. In addition to this, high output and high brightness red Laser diode light sources are known and they can also be used. Those light The source may be a multimode high band laser or an array of singlemode or multimode lasers. B is included. It should be noted that the laser having wavelength selective loss in the laser cavity is Most of the light sources, for example laser diode based light with one or more grating reflectors Sources etc. can be actively adjusted. For example, MOPA or DBR The diode measures the refractive index in the lattice region of the device with the current in the lattice region. Positively adjusted by injecting or depleting the charge Range (typically about 10 nm and often 30 nm) Be able to emit light at any wavelength. Diode laser light source Using this method of actively adjusting the wavelength emission of the laser You can adjust the color balance of the ray system to get the best color image. It can also be used to create a 3D image as described below with reference to FIG. With reference to FIG. 5, red, green, blue and infrared laser light selectively provided The light from sources 81, 83, 85 and 87 can be bundled into an optical fiber or optical fibers. Coupled into respective ones 91, 93, 95 and 97, these fibers being single One fiber or a bundle 99 of mixed fibers is combined. Wear on head In the case of a display system, the light output of 0.1 mW to 10 mW per color is enough. Minutes. Therefore, this laser source emits red, green and blue light directly. Laser diode, or the frequency doubled for green and blue light. Or a laser diode mixed with a difference frequency, or thulium (red, Green and blue), erbium (green), praseodymium (red or blue) And a ZBLAN fiber laser doped with holmium (green) It is. Light 101 emitted from the output end 100 of a fiber or bundle of fibers 99 Is incident on the two-color beam splitter 103, and the two-color beam splitter 103 is a laser. Infrared light from the light source 87 is reflected and visible from the laser light sources 81, 83 and 85. Transmits light. The reflected infrared light 105 is passed through the lens 107 to the infrared detector 1 Imaged at 09. When the infrared light source 87 is operated to supply power and charge the battery If the electric output 110 of the detector 109 is used, Engineering element 115 can be powered and then battery powered Supply power to the circuit. Infrared light source is digitally encoded display data Modulate with a signal to trigger an electronics element to turn a pixel on or off You may do so. This will eliminate the electrical wiring that goes into the display area. It is thought that it can be done. The laser light sources 81, 83, 85 and 87 are Fiber coupled to panel 115, away from head-mounted display Can be placed in position. Visible light 111 transmitted through the two-color beam splitter 103 Illuminates the display panel 115 through the optical binary diffusion screen 113 . The display panel 115 is a space such as a liquid crystal display or a micromirror display. Light modulator, spatially modulated Reflected light 117 is transmitted through or reflected by the display panel 115. Appears later. The laser light sources 81, 83 and 85 are connected at a speed of about 200 Hz or higher. Successively pulsed, each light source illuminates the entire panel 115. Panel electronics The device changes the pixels of the display panel 115 after each laser pulse, In between, it creates a quick, continuous, monochromatic image that can be captured as a full-color image. each This continuous pulse of laser color illuminates the lamp display. It is possible to display with the number of pixels which is three times smaller than that in the case of b. Active matrix Liquid crystal display panels, especially those that use ferroelectric liquid crystal materials The response time is sufficiently fast even in such a configuration in which the pixels change rapidly. After this Outside, the visible laser sources 81, 83 and 85 all operate in continuous mode, It can also illuminate a color display panel with a color filter behind the pixel. it can. Create a binocular image by illuminating a pair of display panels with two sets of laser light sources be able to. Other than this, the single fiber or mixed fiber shown in FIG. The bundle of bars 99 is divided into two fibers or a bundle of two fibers and the panel 115 You can have two display panels like one (one for the left eye and one for the right eye) it can. Referring to FIG. 6, a display panel such as the liquid crystal display 125 is set to a laser beam. One Way to Uniformly Illuminate with Source 123 As a method of using a parallel pipe type block 121 of a transparent material that guides light is there. Block the fiber ends of the red, green and blue laser sources 123 The back surface of 21 is contacted. This back side is the same as the end of the fiber It is preferable to have a reflectance close to 100% except for the region . The light from the light source 123 thus enters the light diffusion block 121, Through to reach the front. If the block 121 is long enough, the light will be It will evenly illuminate the surface. This light is projected directly onto the display 115. And the exit surface 124 may be antireflection coated. Preferably The front surface 124 has a reflectance of about 90%. This blocks the light 121 It bounces back and forth within it creating a longer optical path of parallel pipes, which Increases the uniform light striking the display 115 without lengthening the lock 121. Can be made. In addition, the light dispersion block 121 is separately provided via a plurality of fibers. Each of the three light sources may be manufactured with a plurality of laser elements coupled to the back surface of the. Or use a fiber splitter to combine multiple fibers into a single fiber from each source. To allow light to enter the block 121 in multiple areas, It may be possible to perform uniform illumination at a shorter distance. Rectangular box Due to the parallel side walls of the lock 121 and the sharp angle, the required straight line of the laser light source 123 Polarized light is preserved, lighting LCD More efficient use of light by the display panel 125 is achieved. That is, the liquid Crystal displays lose 50% of the unpolarized light. Therefore, the appropriate L A linearly polarized laser beam that matches the C display polarization causes the illumination light to Approximately 100% are visible on the display screen. Other uses for linearly polarized laser illumination, for use in 3D display fabrication There is. This display has two sets of linearly polarized laser light sources (one set is linearly polarized Red, green and blue light sources, and the other pair are orthogonally polarized red, green and blue light sources. And blue light sources), and laser light sources with each color polarized vertically and horizontally Having. These light sources can be modified, for example by Texas Instruments. Micro-mirror matrix display such as active silicon-based reflector array It is used with a spatial light modulator that does not respond to polarized light, such as a panel. Image is a set of View through right-angle linearly polarized glasses. Laser light source at a speed of at least 360Hz Pulsed continuously at a rate of at least 60 Hz for each color and polarization Refresh each time and reduce the duty factor of each pulse to 1/6 In addition, the pulse length is set to 2.8 msec or less. A typical lighting sequence is laterally biased. Illuminated red, laterally polarized green, laterally polarized blue, vertically polarized. Red, vertically polarized green, vertically polarized blue, and so on. Direction Polarized red, vertical polarized red, horizontal polarized green, vertical Polarized green, horizontal polarized blue, vertical polarized blue, etc. The order may be different. The order is not limited to this. Spatial modulator for each pulse Reconfigured. This is because one of the viewing eyepieces is laterally polarized. And because the other is vertically polarized, one eye receives only light of a specific polarization. Because of its fast pulse repetition rate, people who see a continuous monochromatic image quickly Can be captured as a color image, so a slightly different color scene can be seen in each eye. Because it can be sent. By having separate digital colors, you can Mela records images from different positions and angles as if the eyes of the person were separated. This data is recorded and sent to the spatial modulator for each set of linearly polarized laser sources. By illuminating, you can see the true 3D image of this scene. Referring to FIG. 7, another method of obtaining a three-dimensional image is similar to the first method. However, the previous pair of linearly polarized laser light sources operates at two slightly different wavelengths. Has been replaced by a laser. Polarized glasses are filters with different wavelength bands Has been replaced by Figures 7a and 7c show lasers for these two sets of laser sources. It is a figure which shows the output from the relationship of intensity | strength I and wavelength (lambda). One set of light sources (Fig. 7a) is intensity 440 nm represented by spikes 131, 133 and 135 It produces light of (blue), 520 nm (green) and 630 nm (red). Already One set of light sources (FIG. 7c) is represented by intensity spikes 137, 139 and 141, Slightly longer wavelengths of 470 nm (blue), 540 nm (green) and 650 nm Generates (red) light. Besides this, a set of wavelengths can be adjusted. The laser light source may be actively adjusted in the form of time multiplexing to generate two sets of emission wavelengths. . Figures 7b and 7d show the filter band transmission for the two eyepieces of the viewing glasses. It is a figure shown from the relationship of excess rate T and wavelength lambda. One eyepiece (Fig. 7b) has transmittance Has band wavelengths represented by envelopes 132, 134 and 136, which are of the first set The intensity spikes of 440 nm, 520 nm and 630 nm of laser light source However, it generally blocks the transmission of wavelengths from other sets of light sources. The other Aipi (FIG. 7d) shows the band wavelengths represented by the transmittance envelopes 138, 140 and 142. Which has a second set of laser sources of 470 nm, 540 nm and 650 nm. Corresponding to the intensity spike of, and generally, the transmission of the wavelengths of the first set of light sources. To block. Image used to control the spatial modulator configuration for each color The camera that records the data also makes sure that the observed image is as true to color as possible. It is necessary to have an optical wavelength filter with a transmission band that matches FIGS. 7b and 7d. You. Filters with the required features are either made of tinted glass or use interference techniques. Can be produced by using. The third method of 3D imaging utilizes wavelength filtering and linear polarization filtering. Is the method to use. This method makes it easy for certain laser sources to be linearly polarized. Or we cannot make lasers or filters of specific wavelengths in a cost-effective way. It may be necessary in some cases. Referring to FIG. 8, in another embodiment, a single spatial mode laser 143 Emit 144, and this light is collected and collimated by lens 145. This Light 144 illuminates the first phase plate 147. The phase plate 147 is transmitted through the same phase plate. Array 148 of two-dimensional light spots that are periodic after the light propagates a distance It is a configuration that causes such interference. Spacing and periodicity of light spots 148 The spatial modulator 149 that performs the proper matching is arranged at the position of the array of light spots 148. Placed. Spatial light modulators such as liquid crystal arrays typically use pixels that do not transmit light. A large area between 150 is occupied by the drive electronics. Liquid crystal display When directly illuminating the ray panel with a collimated beam, the area between the pixels is The part of the light that hits is wasted. In this embodiment, all or most of the light is a phase plate. The light spot condensed by 147 becomes a spot 148 on the pixel area. The whole 148 is transmitted through the display element 150. The second phase as an option By disposing the plate 151, the light transmitted through the liquid crystal array 149 is collimated into a single beam. The beam may be reconfigured into a focused beam. With projection optical device 152 Image the light on the view screen. Multiple laser light sources may be used with reference to FIGS. 9a and 9b. Figure 9a Then, N laser light sources 155-157 are connected to several optical fibers 158-160. Is bound to. At the output 161 of these fibers, the fibers are matrix Arranged in a strip or other bundling configuration to produce a single high power beam. this The configuration is advantageous only by determining the number of laser light sources and obtaining the required light output, Laser light source that is relatively low in head-mounted displays, home TV projection systems, etc. Also used for output applications and relatively high output applications such as theater projection systems. This is the point where In addition, you may use the several laser light source which does not use a fiber. . These sources provide uniform display illumination while maintaining linear polarization. It may be a lens. In FIG. 9b, multiple laser sources are time multiplexed to reduce power requirements and spatial variation. The control of the tonal display panel is simplified. In this example, four laser light sources Arrangement of 163-166 (including fiber coupling) of the display panel 168. Illuminate different parts 169-172. Lens 167 displays laser light Image on 168. Continuously pulse each of the lasers 163-168 at different intervals. Only one quarter of the display panel 168 is illuminated each time It is. Therefore, only one quarter of the panel 168 need be processed each time. Combining the use of multiple spatially incoherent laser emitters with other technologies Can reduce speckles. Speckle is related to the coherence of laser light. As a result, this speckle reveals unwanted grainy areas in the image. It is. In the multiple laser embodiment of FIG. 9a, the fiber optic output 161 The lights of all are incoherent to each other. Laser light source 155-157 Each of them produces its own speckle pattern, The knuckles are reduced by averaging multiple speckle patterns with each other. become. In FIG. 10a, light 175 from a laser source is a piezoelectric crystal or small loudspeaker. Install around a vibration mechanical transducer 177 such as a speaker type magnetic transducer. It is incident on the inside of the wound multimode optical fiber 176. Vibration transducer 177 applies pressure to the multimode fiber 176 and propagates through the fiber 176. The optical mode of the light 175 to be carried is scrambled. This will output 1 of the fiber At 78, speckle pattern blurring occurs. Vibration speed is the frame of the display It is preferably much faster than the speed. The speckle pattern is the human eye and It can be averaged because the cortex changes faster than it responds. In FIG. 10 b, light 181 from a single spatial mode laser 180 is output 183. Are coupled into an array 182 of fibers that are bundled together. This bundled fiber Each of 182 Illuminates the display panel in different positions and is formed on the view screen Image to produce various speckle patterns. Various specklepa Averaging the turns reduces overall speckle in the visible image Will be. Similarly, in Figure 10b, if the fibers 182 in the bundle have different lengths, The difference in the length of the fiber 182 is the coherence length of the light 181 from the laser light source 180. Longer, the single light source 180 spatially coherently inputs the fiber 182. Even when illuminated by a rent beam 181, the light at the output 183 of the fiber bundle is It is no longer spatially coherent. Each fiber 182 in the bundle It emits light with different speckle patterns, which gives an overall picture of the display image. Kickles can be reduced by averaging these different speckle patterns. And Referring to FIG. 10c, a plurality of laser light sources 185 each having a slightly different wavelength are used. Coupled into a plurality of optical fibers 187 that are grouped into a fiber bundle 189. As a result, for each primary color, the overall spectrum of which laser source 185 An output beam 190 is obtained which is also broad in spectrum. Spectrum With such a wide width, the coherence length for light 190 decreases, The speckle, which depends on the coherence of the light source, eventually becomes the final display image. Will be reduced. Spectacle of light 190 The wider the beam width, the less speckles are generated because the light is coherent. This is because it will not cause interference. Method with multiple light sources, generally shown in FIG. 10c Another way to generate a broader spectrum, if not as wide, is This is to pulse the output from the laser diode. Pulse the laser As a result, multiple wavelengths are emitted from the laser diode, reducing speckle. Is done. This effect couples the pulsed light into a relatively high dispersion glass waveguide. It is strengthened by combining. This will give you a slightly different wavelength of light. It will have a slightly different optical path length. Larger if the waveguide is long and the dispersion is large The more the optical path length is changed, the less speckle is generated. Light wall and mirror The speckle can be obtained even in a waveguide such as a parallel pipe type shown in FIG. 6 that passes through a plurality of optical paths between Is significantly reduced. Referring to FIG. 11, the laser light source 191 has either a single or multiple spatial modes. It emits light 192, which is semi-collimated by lens 193. It is. The collimated light 194 is transmitted through the microlens array 195 to the liquid crystal image. Illuminate Ray 196. The purpose of providing the lens array 195 is to adjust the liquid in the array 196. By reducing the amount of light that enters and is absorbed in the region between the crystal pixels, 4 is to improve the transmission of the liquid crystal array 196. For this purpose, micro The lens array 195 is an image of a liquid crystal array. It has microlens elements with periodic intervals that match the elemental periodicity. Each lens element Are placed in front of one liquid crystal pixel at intervals of approximately the focal length. The most divergent side At least partially collimated by lens 193 in the dimensional dimension. The numerical aperture requirement of the microlens array 195 by using the reflected light 194. Therefore, the light collection efficiency of the microlens is improved. First lens array 1 The second lens array 197 that substantially matches 95 is output from the liquid crystal array 196. Place on the side and re-collimate the transmitted light. Multiple laser light sources with different wavelengths, Easily with beam area 194 collimated by using a two-color mirror Can be combined, and therefore one if utilizing successive laser pulses Only the display 196 of is required. Referring to FIGS. 12a and 12b, by time multiplexing each laser light source, Therefore, the color balance in the color display image can be adjusted in one of two directions. It can be adjusted. In FIG. 12a, for each pulse of the red, green and blue light sources You can change the peak power or intensity to see the differences or variations in the brightness of different sources. It is possible to compensate for the difference in sensitivity of the human eye to various wavelengths. Here red The output of the pulse 201 of the light source is the maximum, and the output of the pulse 202 of the green light source is smaller. The lowest output is the pulse 203 of the blue light source. These output levels Adjust as needed Then you can get the desired color balance. Otherwise, in FIG. Pulse length t for each wavelength or color of₁, T₂Or t_ThreeGet color balance Adjusted for. Here, for example, the green pulse 205 is a red or blue pulse. Pulse length t longer than the pulses 204 and 206₂Have been given. All three colors The overall combined repetition rate for is above 60Hz to avoid flicker. However, the duty factor may be increased or decreased to make each color slightly more relative to the pulse. Duration of time. Color balance adjustment actively adjusts one or more wavelengths It can also be done by The adjustment of this wavelength is performed by the This may be combined with the adjustment of the peak output or the pulse width. Referring to FIG. 13, incoming collimated light beams from multiple laser sources 210 illuminates a polarizing micromirror spatial light modulator 209. This spatial light modulation The vessel 209 is available from Texas Instruments and is a deformable system on a substrate. Recon micromirrors 211-215 and the like are formed. Each micro mirror Represents a single pixel and can be transformed or left untouched (Or alternatively deflect in different directions). Typical deflection angle is about 10 ° C. Light 210 from the laser light source is reflected from the mirror array 209, The angle of deflection depends on the orientation of each mirror 211-215 and the like. Mirrors 211, 21 At certain deflection positions, represented by 3 and 215, The light 216 reflected by the mirror is transmitted through the projection lens 217. Mirror 212 and At the other deflection position, indicated by 214, the light 218 reflected by the mirror is reflected by the projection lens 21. Lost out of 7. Collimated beam rather than incoherent source By using a laser light source that produces 210, the angle of the incident light 210 is better Mirrors required for projection or loss of defined and reflected light 216 and 218 It is possible to reduce the change in angle such as -211-215. In addition, the system contra The strike is improved. In addition, use a narrow spatial filter in front of the projection lens 217 Furthermore, the high directivity of the laser beam 216 can be utilized. 14a and 14b, a phase plate is used to Place a spot of red, green and blue light on the specified pixel to display A color image without an array of individual color filters on the panel itself Can be generated. Figure 14a (in two different colors for clarity) Only shown), laser diode-coupled fiber or bundle of fibers Red and blue laser light sources 221 and 222 such as the output end of the collimator lens Giving light to 223. The light sources 221 and 222 are different from each other with respect to the optical axis of the lens 223. Lens 223 and collimated beam 224. And 225 are created with different beam directions for each color. Collimated bee 224 and 225 are phase plates 22 Hit 6 A row of light spots 227 is created by the phase plate 226 and produces a red and The blue and blue spots have the same periodicity but are spatially separated from each other. Each light The pot 227 is modulated by one element of the liquid crystal array 228. Liquid crystal array The second phase plate 229 on the output side of 228 collimates the light transmitted through the array 228 again. To connect the color images. In FIG. 14b, the phase plates 226 and 229 have lens arrays 235 and 236. Is replaced with. Light from the light sources 231 and 232 is a collimated beam As directed in different directions. Light incident on the lens array 235 at different angles Focus on different pixels of the display panel 234 by the lens element. Is done. The light transmitted through the display panel element is colored by the lens array 236. -It is collimated again as an image. With reference to FIGS. 15a and 15b, the output from the laser-based light source is It can be increased by combining the light from the individual lasers. Typical Various such light sources increase the overall numerical aperture of the combined light source. To let it. Therefore, the brightness of the combined light source increases the number of laser beams However, it remains constant. However, light from laser sources with slightly different wavelengths must be combined. By combining, the intensity of the combined beam is higher than the individual beam level. can do. In FIG. 15b, the first wavelength λ₁Light on the two-color filter 246 Therefore the second wavelength λ₂Combined with the light of. Each of the blue 241, green 243 and red 245 color sets Fig. 15a for the spectra produced by combining four light sources for each Shown in Referring to FIG. 16, a typical laser beam 251 intensity profile 253 is It does not optimally match the size of a typical display screen. Leh The beam 251 typically has a Gaussian intensity distribution 253 with an aspect ratio. Having. The display, on the other hand, is rectangular and requires uniform illumination. From the laser More uniform in the center of the laser beam by filling the display with Can be used. However, according to this method, the beam is not uniform Since the edge part is cut off, the loss becomes large. In Figure 16, the display Two phase plates 2 to create a uniform light intensity distribution 256 that matches the size of 52 and 254 are used. The light 251 from the laser is dispersed and these two phases The intensity distribution is collimated by the plates 252 and 254 and the intensity distribution of the input beam 25 From a Gaussian profile 253 of 1 to a uniform distribution 256 of the output beam 255 This method creates a lot of light spots on the front of the LCD. It can also be used in combination with the phase plate of FIG. In this case, the light spot All of the units will have uniform strength.

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年２月１２日【補正内容】請求の範囲１．複数の画素を含む空間光変調器と、前記複数の画素に光学的に結合されて少なくとも３つの異なる波長帯域を有する光を生成する光源を含み、前記光が前記空間光変調器に射突して像を形成し、前記光源が前記３つの異なる波長帯域のうちの１つを生成するレーザを含み、さらに前記光源と前記空間光変調器の両方に光学的に結合され光を分散させて、実質的に均一な強度分布で前記複数の画素に射突させる手段とを含む、ディスプレイシステム。２．前記光源に電子工学的に結合され前記光源からの前記少なくとも３つの異なる波長帯域の時間多重的発光を行ない前記像のカラーバランスを調節する手段をさらに含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。３．前記光源と前記空間光変調器との間に位置し、前記複数の画素の周期性に一致する周期性を有する光のスポットから成る複数の光度が集中した部分を形成して、前記光源が前記複数の画素を照らし、前記空間光変調器の画素間の領域は実質的に照らされないようにする手段をさらに含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。４．前記光源が、各々異なる波長帯域を生成する３つのレーザ光源を含み、前記３つのレーザ光源の各々が前記形成手段に相対的に配置されて前記複数の画素のうち異なる指定されたサブセットの画素を照らす、請求項３に記載のディスプレイシステム。５．前記形成手段が位相板である、請求項４に記載のディスプレイシステム。６．前記形成手段がマイクロレンズアレイである、請求項４に記載のディスプレイシステム。７．前記分散手段が、前面および背面を有する透明で光を導く平行パイプ型のブロックを含み、前記光源からの光が前記背面を介して前記ブロック内に結合されかつ前記ブロックから結合を外されて前記複数の画素の少なくとも２つを同時に均一に照らす、請求項１に記載のディスプレイシステム。８．前記レーザ光源がレーザダイオードを含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。９．前記レーザ光源の少なくとも２つは波長が調整可能である、請求項１に記載のディスプレイシステム。１０．各レーザ光源が調節可能なパルスデューティファクタを有する、請求項１に記載のディスプレイシステム。１１．少なくとも３つのレーザ光源が各々２組あり、前記２組の光源が異なる組合せの発光波長を有する、請求項１に記載のディスプレイシステム。１２．前記空間光変調器が液晶ディスプレイパネルである、請求項１に記載のディスプレイシステム。１３．前記空間光変調器がモノリシック基板上の偏向可能なマイクロミラーのアレイである、請求項１に記載のディスプレイシステム。１４．光学的に結合されて前記光源と前記空間光変調器との間に光を当てる光ファイバと、前記ファイバに結合されて前記ファイバを機械的に振動させてスペックルを低減するための手段とをさらに含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。１５．各レーザ光源が相互にインコヒーレントな光を発する複数のレーザエミッタと、前記レーザエミッタから発せられた光を１つのビームに組合せて前記空間光変調器を照らす、請求項１に記載のディスプレイシステム。[Procedure of Amendment] Article 184-8 of the Patent Act [Submission date] February 12, 1996 [Correction contents] The scope of the claims 1. A spatial light modulator including a plurality of pixels, Having at least three different wavelength bands optically coupled to the plurality of pixels A light source for generating light, the light impinging on the spatial light modulator to form an image, The light source comprises a laser producing one of the three different wavelength bands; Rani Is optically coupled to both the light source and the spatial light modulator to disperse the light, And means for causing the plurality of pixels to collide with a spatially uniform intensity distribution. system. 2. Electronically coupled to the light source, the at least three different A means for adjusting the color balance of the image by performing time-divisional emission in the wavelength band The display system of claim 1, further comprising: 3. It is located between the light source and the spatial light modulator and has a periodicity of the plurality of pixels. It forms multiple light intensity-concentrated parts consisting of light spots with matching periodicity. The light source illuminates the plurality of pixels, and the area between the pixels of the spatial light modulator is real. The display of claim 1 further comprising means for qualitatively deilluminating. I-System. 4. The light source includes three laser light sources, each generating a different wavelength band; Each of the three laser light sources is disposed relative to the forming means and has a plurality of pixels. The data of claim 3, illuminating different designated subsets of pixels. Display system. 5. The display system according to claim 4, wherein the forming means is a phase plate. 6. The display according to claim 4, wherein the forming means is a microlens array. I-System. 7. The dispersion means is a transparent, light-conducting, parallel-pipe-shaped tub having a front surface and a back surface. A lock is included, and light from the light source is coupled into the block through the back surface. And simultaneously disconnecting at least two of the plurality of pixels from the block. The display system of claim 1, which provides uniform illumination. 8. The display of claim 1, wherein the laser light source comprises a laser diode. system. 9. The wavelength of at least two of the laser light sources is adjustable. Display system. 10. The laser light source has an adjustable pulse duty factor. The display system according to 1. 11. At least three laser light sources each having two sets, and the two sets of light sources are different sets The display system of claim 1, having a combined emission wavelength. 12. The device according to claim 1, wherein the spatial light modulator is a liquid crystal display panel. Display system. 13. The spatial light modulator is an array of deflectable micromirrors on a monolithic substrate. The ray according to claim 1, which is a ray. Spray system. 14． An optical coupler that is optically coupled to direct light between the light source and the spatial light modulator. Fiber and a fiber that is coupled to the fiber to mechanically vibrate the fiber. Display system according to claim 1, further comprising: Tem. 15. Multiple laser emitters in which each laser source emits light that is incoherent to each other. And the light emitted from the laser emitter into one beam The display system of claim 1, illuminating a light modulator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩＨ０４Ｎ 9/12 9187−5ＣＨ０４Ｎ 9/12 Ａ (72)発明者シフレス，ドナルド・アールアメリカ合衆国、95134 カリフォルニア州、サン・ノゼ、ローズ・オーチャード・ウェイ、80 (72)発明者ウェルチ，デイビッド・エフアメリカ合衆国、94025 カリフォルニア州、メンロ・パーク、オーク・ノル・レーン、1894 (72)発明者ラング，ロバート・ジェイアメリカ合衆国、94588 カリフォルニア州、プレザントン、オリーブ・ドライブ、 7580 【要約の続き】る。レーザ光源（８１、８３、８５、８７）の光ファイバ結合（９９）を利用してこれらの光源およびその電源をディスプレイパネル（１１５）から物理的に分離することができる。─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. ⁶ Identification number Internal reference number FI H04N 9/12 9187-5C H04N 9/12 A (72) Inventor Siffles, Donald Earl USA, 95134 California, San Jose, Rose Orchard Way, 80 (72) Inventor Welch, David Eff United States, 94025 Menlo Park, California, Oak Nor Lane, 1894 (72) Inventor Lang, Robert Jay United States , 58588 Olive Drive, Pleasanton, Calif., 7580. [Continued Summary]. The fiber optic coupling (99) of the laser light sources (81, 83, 85, 87) can be utilized to physically separate these light sources and their power supply from the display panel (115).

Claims

[Claims] 1. A spatial light modulator having a plurality of pixels, Includes at least three laser sources of different wavelengths, each source at the wavelength of that source The corresponding pixel of the spatial light modulator is then illuminated at a given time, independent of scanning. To be positioned and The light from the light source is located between the laser light source and the spatial light modulator. A display system including means for evenly distributing the illuminated pixels. Tem. 2. Each pixel of the spatial light modulator corresponds continuously to each of the wavelengths, and The laser light source is timed by each successive light source of all of the pixels of the spatial light modulator. Continuously pulsed for non-scanned illumination Item 2. A display system according to item 1. 3. Each pixel of the spatial light modulator is dedicated to a specific wavelength, and the laser light source is Operating in continuous mode, each laser source emits a specific wave from that laser source. Only a specified subset of pixels of the spatial light modulator consisting of all pixels dedicated to length The display system of claim 1, which illuminates. 4. A phase plate is located between the laser light source and the spatial light modulator, the phase plate is Form a spot of light on each said designated subset of pixels of corresponding wavelength The display system according to claim 3. 5. A microlens array is disposed in front of the group of pixels of the spatial light modulator, The light from the light source is transmitted by the microlens array before the pixel of the corresponding wavelength. The display system of claim 3, wherein the display system images to a designated subset. 6. A phase plate is disposed between the laser light source and the spatial light modulator, the phase The plate of claim 1, wherein a plate forms a spot of light on each pixel of the spatial light modulator. Display system. 7. A microlens array is placed in front of the spatial light modulator, The lens array and the spatial light modulator have matching spatial spacings. Display system. 8. The means for dispersing the transparent light having a reflective front and back surfaces. A parallel pipe type block for guiding light from the light source through the rear surface; Coupled into the block and disengaged from the block through the front The display system of claim 1, wherein the spatial light modulator illuminates uniformly. 9. The display according to claim 1, wherein the laser light source includes a laser diode. I-System. 10. The wavelength of at least two of the laser light sources is adjustable. On display system. 11. Each laser source has an adjustable pulse duty factor. The display system of claim 1, comprising a connector. 12. There are two sets of at least three laser light sources, and the two sets of light sources are different. The display system of claim 1, having a set of emission wavelengths. 13. The device according to claim 1, wherein the spatial light modulator is a liquid crystal display panel. Display system. 14． The spatial light modulator has a deflectable micro-miniature on a monolithic substrate. The system of claim 1, which is an array of Ra. 15. Multiple lasers, where each laser source emits light that is incoherent to each other. The spatial light modulator by combining an emitter and light emitted from the laser emitter. Means for producing a single beam for illuminating the display system according to claim 1. Tem.